關(guān)于無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)試中的不確定度

文/云旦窮達(dá)

（國(guó)家廣播電視總局602臺(tái) 西藏自治區(qū)拉薩市 850013）

在當(dāng)前無線電發(fā)射設(shè)備的運(yùn)行測(cè)試環(huán)節(jié)中，有很多不確定因素存在，這些因素多少隨機(jī)發(fā)生的，一旦出現(xiàn)將會(huì)影響設(shè)備測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不夠真實(shí)，干擾實(shí)驗(yàn)理論成果。對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備進(jìn)行不確定度的測(cè)試分析，不僅可以提升設(shè)備測(cè)試水平，確保設(shè)備安全運(yùn)行，還能夠增強(qiáng)使用者對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備的信賴度。

1 無線電發(fā)射設(shè)備在測(cè)試時(shí)不確定度的影響因素分析

對(duì)無線電設(shè)備進(jìn)行不確定度分析，有必要了解不確定度的產(chǎn)生因素。具體如下：

（1）測(cè)試設(shè)備自身原因引發(fā)不確定度。比如測(cè)試中的線纜與衰減儀設(shè)施問題，或測(cè)試方法不科學(xué)，測(cè)試過程中設(shè)備遇到不穩(wěn)定情況。這一條件下引發(fā)的不確定度難以解決，無法從源頭入手，只能改進(jìn)技術(shù)控制不確定度，盡可能的降低不確定度產(chǎn)生概率。

（2）不可預(yù)見因素引發(fā)不確定度。無線電發(fā)射設(shè)備在測(cè)試前人們是無法預(yù)料到不確定度的，不確定度會(huì)隨機(jī)發(fā)生，且難以控制。因此測(cè)試時(shí)不確定度將直接影響無線電發(fā)射設(shè)備檢測(cè)效果。

（3）相關(guān)技術(shù)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)引發(fā)不確定度。測(cè)試無線電發(fā)射設(shè)備時(shí)，信號(hào)轉(zhuǎn)換噪音與誤碼技術(shù)相關(guān)參數(shù)不合理，或特別性能出現(xiàn)導(dǎo)致信號(hào)在接收時(shí)失靈。此外，無線電發(fā)射設(shè)備的測(cè)試也會(huì)受電壓與溫度的變化影響，最終發(fā)生頻率與功率異常[1]。

2 測(cè)量不確定度的主要來源與分類

2.1 主要來源

客觀上系統(tǒng)誤差只是相對(duì)不變值，但人們無法對(duì)誤差準(zhǔn)確掌握，只能以概率研究的形式對(duì)某一區(qū)域誤差大致了解，且概率的分布有著分散性。不確定度是測(cè)量分散性的參考數(shù)據(jù)，無法說明測(cè)量結(jié)果接近真實(shí)值。分析測(cè)量無線電發(fā)射設(shè)備不確定度的來源，主要如下：對(duì)被測(cè)量的無線電發(fā)射設(shè)備定義不夠完整；無線電發(fā)射設(shè)備定義方法不科學(xué)；取樣代表性不足，被測(cè)量樣本數(shù)據(jù)無法代表定義的測(cè)量值；無線電發(fā)射設(shè)備在測(cè)試時(shí)受環(huán)境影響，測(cè)量時(shí)對(duì)環(huán)境無法進(jìn)行有效控制。所有測(cè)量結(jié)果當(dāng)中都會(huì)存在著異常數(shù)據(jù)，這些異常數(shù)據(jù)可能與無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)試讀書有關(guān)。此外，當(dāng)人們?cè)诜治鰯?shù)據(jù)時(shí)不夠準(zhǔn)確，或者使用的測(cè)量?jī)x器存在誤差時(shí)也會(huì)導(dǎo)致不確定度出現(xiàn)[2]。

2.2 分類

雖然不確定度來源很多，但按照具體的評(píng)定方法，可以將其劃分為兩類。第一類，無線電發(fā)射設(shè)備不確定度A類評(píng)定。對(duì)測(cè)量列展開統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)定出標(biāo)準(zhǔn)化的不確定度，方差估計(jì)值為u2，這是經(jīng)過反復(fù)測(cè)算所得的。方差估計(jì)值也是統(tǒng)計(jì)方差的估計(jì)值，其平方根是估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差。第二類，無線電發(fā)射設(shè)備不確定度B類評(píng)定。對(duì)上一種評(píng)定方法不同，B類評(píng)定方法可以用不同的統(tǒng)計(jì)測(cè)量方法進(jìn)行不確定度分析。實(shí)際上，兩種評(píng)定方法沒有本質(zhì)區(qū)別，前者是根據(jù)一組觀測(cè)的概率分布情況分析，從中導(dǎo)出概率密度函數(shù)；后者以對(duì)事件發(fā)生信任程度為前提。A類評(píng)測(cè)比B類評(píng)測(cè)更加客觀，統(tǒng)計(jì)學(xué)研究必須保持著學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)性，對(duì)無線電設(shè)備進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)量出的不確定度應(yīng)獨(dú)立存在，不受其他數(shù)據(jù)影響。因此，在無線電發(fā)射設(shè)備的不確定度測(cè)試中，推薦使用這種測(cè)試方法。

3 測(cè)算無線電發(fā)射設(shè)備不確定度的有效方法

3.1 無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)試不確定度的有效測(cè)評(píng)方法

一般情況下，評(píng)測(cè)無線電發(fā)射設(shè)備不確定時(shí)可以使用兩種評(píng)測(cè)方法。

（1）依靠統(tǒng)計(jì)學(xué)提出的概念，對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備的不確定度進(jìn)行研究分析。比如已經(jīng)得出了一個(gè)無線電發(fā)射設(shè)備的測(cè)試結(jié)果，隨后對(duì)該結(jié)果展開反復(fù)的測(cè)試，通過準(zhǔn)確度重復(fù)測(cè)試后，整個(gè)過程中依然會(huì)出現(xiàn)測(cè)試結(jié)果無法確定的情況，也就是數(shù)值差異問題。無法確定的情況主要包含天氣變化、溫度變化以及其他環(huán)境類影響因素。因此，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用原理，對(duì)有可能出現(xiàn)差異系數(shù)的無線電發(fā)射設(shè)備進(jìn)行測(cè)算，將反復(fù)測(cè)算的結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)，再與總體測(cè)試得出的不確定度對(duì)比結(jié)合，該方法是目前無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)試所常用的方法，且應(yīng)用范圍較廣。

（2）采用其他方法對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備進(jìn)行不確定度分析。可以對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備的訊號(hào)接收設(shè)備進(jìn)行電平測(cè)試，從中了解電平測(cè)試是否會(huì)帶來不確定性，測(cè)試結(jié)果是否對(duì)數(shù)據(jù)有影響。這種測(cè)試方法中，包含了無線電發(fā)射設(shè)備的非線性設(shè)置、衰減儀器等設(shè)施耗費(fèi)情況。不僅如此，接收設(shè)施與頻譜檢測(cè)設(shè)備也會(huì)給無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)試帶來不確定性，比如頻率反饋、配置的不對(duì)稱、衰減儀的測(cè)試精準(zhǔn)性、帶寬不準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)換設(shè)施偏移以及電平的準(zhǔn)確度較差。

出現(xiàn)以上因素引發(fā)的不確定度問題，可采用以下辦法完成無線電發(fā)射設(shè)備的測(cè)評(píng)。首先，對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備進(jìn)行深入了解。建議查看無線電發(fā)射設(shè)備的出廠說明書，找出設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告，了解廠家在生產(chǎn)設(shè)備時(shí)給出的指標(biāo)與參數(shù)情況，經(jīng)過對(duì)比確定不確定度，保障無線電發(fā)射設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。其次，審核與無線電發(fā)射設(shè)備有關(guān)的信息數(shù)據(jù)。最后，依靠測(cè)試中得到的經(jīng)驗(yàn)判斷分析。有時(shí)候?qū)τ诓淮_定度問題，可以利用概率測(cè)算方法分析，比如概率U型法、概率均衡法以及正太分部方法。從概率分布情況來看，三種方法在使用時(shí)會(huì)有所差異，無論是理論研究還是實(shí)際測(cè)試，都能闡明無線電發(fā)射設(shè)備在配置不合理的狀態(tài)下會(huì)會(huì)產(chǎn)生不確定性。概率上如果是U型結(jié)構(gòu)分布，其標(biāo)準(zhǔn)誤差系數(shù)為如果是因天線與電纜耗費(fèi)帶來的偏差問題而導(dǎo)致無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)試不確定性，在不知道應(yīng)該使用哪一種概率分布類型時(shí)，可考慮均衡分布類型，即標(biāo)準(zhǔn)無法為正太分布類型中，標(biāo)準(zhǔn)誤差系數(shù)也是這種類型分布的標(biāo)準(zhǔn)誤差系數(shù)，可采用正太的方式展開功率分布分析[3]。

3.2 無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)試不確定度的有效測(cè)算方法

我國(guó)境內(nèi)使用無線電頻率與無線電發(fā)射設(shè)備時(shí)，需要嚴(yán)格按照無線電發(fā)射設(shè)備型號(hào)核準(zhǔn)SRRC認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。通常認(rèn)證周期為8周，在完成認(rèn)證的基礎(chǔ)上，了解無線電發(fā)射設(shè)備的主要參數(shù)內(nèi)容，為接下來無線電發(fā)射設(shè)備的不確定度測(cè)算奠定基礎(chǔ)。在無線電發(fā)射設(shè)備不確定度測(cè)算中，是一種基于合成數(shù)據(jù)的不確定度測(cè)算方法。如果測(cè)試之前已經(jīng)明確了數(shù)據(jù)測(cè)試時(shí)有多種不確定度的影響因素，且誤差系數(shù)為Ui，這時(shí)可以使用RSS方法，對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備不確定標(biāo)準(zhǔn)誤差值展開有效合成測(cè)算，具體的計(jì)算公式如下：實(shí)際測(cè)試中，無論是環(huán)境溫度的變化、電壓波動(dòng)還是電網(wǎng)阻抗，這些因素的出現(xiàn)都會(huì)影響無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)量結(jié)果。這種情況下的不確定度呈均勻分布，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差后結(jié)合影響參數(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差，采用該公式即可完成對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備不確定度的合成測(cè)算[4]。

這個(gè)公式的應(yīng)用需要滿足以下條件：首先，各不確定度影響因素可以加和計(jì)算。其次，各影響因素計(jì)量單位一致。也就是說，影響因素的數(shù)據(jù)誤差系數(shù)必須以百分比與電壓計(jì)量數(shù)值單位表示。對(duì)于測(cè)試時(shí)遇到的線纜損耗問題，為了避免線纜耗費(fèi)過于嚴(yán)重，應(yīng)合理協(xié)調(diào)無線電設(shè)備的各項(xiàng)測(cè)算參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)施的優(yōu)化配置，防止浪費(fèi)的情況出現(xiàn)。可采用乘積的方式來表示，dB單位的表述方式無法滿足以上條件。如果標(biāo)準(zhǔn)誤差系數(shù)很小，比如低于了30%或25dB，這時(shí)上述的RSS方法即可完成對(duì)不確定度的評(píng)測(cè)。

測(cè)算設(shè)備對(duì)稱參數(shù)。要求測(cè)試時(shí)將氣溫、天氣、電壓數(shù)值、電阻擾動(dòng)數(shù)值的變化情況考慮到不確定度影響因素中，這些因素帶來的不確定性可依靠均衡態(tài)勢(shì)完成功率分布。應(yīng)用測(cè)算方法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差系數(shù)，按照測(cè)試時(shí)不確定度因素對(duì)稱參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)誤差系數(shù)，使用相應(yīng)的公式就能得出對(duì)稱參數(shù)系數(shù)。與此同時(shí)，還需要應(yīng)用RSS的措施對(duì)整個(gè)無線電發(fā)射設(shè)備的測(cè)試過程中的不確定度展開合成計(jì)算。

3.3 利用先進(jìn)的數(shù)字無線電測(cè)試儀進(jìn)行設(shè)備不確定度檢測(cè)

以3550數(shù)字無線電測(cè)試儀為案例，對(duì)無線電發(fā)射設(shè)備進(jìn)行綜合測(cè)試，以此了解設(shè)備的不確定度。操作要點(diǎn)如下：

（1）通過射頻進(jìn)行線纜測(cè)試。該測(cè)試項(xiàng)目可以用于測(cè)試儀與無線電發(fā)射設(shè)備之間的連接。

（2）射頻轉(zhuǎn)接頭，接口是TNC陰頭。測(cè)試時(shí)合理配置射頻線與對(duì)講機(jī)射頻轉(zhuǎn)接頭，保障測(cè)試結(jié)果真實(shí)有效。

（3）改造講機(jī)耳機(jī)，使音頻測(cè)試線纜符合測(cè)試要求。

（4）衰減器。該測(cè)試儀的T/R接口最大可輸入20W的信號(hào)，ANT接口最大可輸入10dBm信號(hào)，SWR接口最大可輸入10dBm信號(hào)。為合理測(cè)試無線電發(fā)射設(shè)備的不確定度，有必要選擇較為合理的衰減器進(jìn)行測(cè)試，防止儀器設(shè)備被損壞。

（5）帶阻濾波器，該設(shè)備可以將無線電發(fā)射設(shè)備中的主信號(hào)濾除，測(cè)試不確定度時(shí)展開雜散測(cè)試。

無線電發(fā)射設(shè)備檢測(cè)時(shí)，將對(duì)講機(jī)天線接口與測(cè)試儀T/R接口連接，將設(shè)備音頻輸入接口與測(cè)試儀AUDIO OUT接口相連。對(duì)接收機(jī)進(jìn)行設(shè)置，輸入發(fā)射機(jī)發(fā)射信道頻率，即419.250MHz。打開解調(diào)或模擬解調(diào)，讀取頻率誤差值，即-0.681kHz，發(fā)射頻率的設(shè)置與誤差測(cè)試一樣，在解調(diào)時(shí)讀取射頻功率，即35.0548dBm。無線電發(fā)射設(shè)備的占用寬帶分析中，首先需要進(jìn)行音頻設(shè)置，隨后音頻輸出，打開音頻發(fā)生器，將信號(hào)頻率設(shè)置成1kHz，啟動(dòng)發(fā)生器，調(diào)節(jié)輸出電平，顯示測(cè)試儀頻篇，提高10dB的音頻電平。設(shè)置音頻發(fā)生器，測(cè)量當(dāng)前無線電發(fā)射設(shè)備的帶寬，使用ITU-R建議的26dB測(cè)量方法，預(yù)估帶寬。安裝帶阻濾波器進(jìn)行雜散測(cè)試，完成調(diào)制限制與測(cè)試、音頻頻率再次測(cè)試，讓音頻頻率變化為3kHz，在以上步驟中找出最大值即可，這就是無線電發(fā)射設(shè)備的最大頻偏，通過測(cè)試儀的輔助即可了解無線電發(fā)射設(shè)備的實(shí)際不確定度。

4 總結(jié)

總而言之，分析無線電發(fā)射設(shè)備不確定度的測(cè)試，人們可以使用多種方法對(duì)測(cè)試途中產(chǎn)生的訊號(hào)技術(shù)指標(biāo)重復(fù)測(cè)算，確保無線電發(fā)射設(shè)備測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。為了保證不確定度測(cè)試的科學(xué)性，應(yīng)及時(shí)找出并糾正不確定度影響因素，依靠統(tǒng)計(jì)學(xué)提出的概念展開電平測(cè)試，使用RSS方法與3550數(shù)字無線電測(cè)試儀等設(shè)備完成測(cè)算工作。